高层大气臭氧能够吸收紫外线保护地球生物,但是低空和近地面臭氧却是危害人类健康和动植物生长的污染气体。 氮氧化物也是空气中的污染气体,臭氧和氮氧化物可以相互转化,研究二者的变化关系具有重要意义。 2011年12月利用EC9810A臭氧分析仪和EC9841氮氧化物分析仪,在北京中国环境科学研究院进行测量, 得到了臭氧和氮氧化物的变化特征,分析结果表明臭氧和氮氧化物具有日变化特征,白天臭氧浓度呈现 先上升后下降的趋势,夜里比较平稳;氮氧化物与臭氧变化趋势呈负相关,白天浓度先下降后升高,夜间 浓度大于白天;臭氧的变化与气象条件有关,在晴天上升较快,峰值大,阴天上升慢,峰值小;臭氧的含 量还具有明显的季节特征,春季的浓度要比冬季的浓度高。氮氧化物的变化与人们的生活关系密切, 汽车尾气等废气的排放是导致氮氧化物含量升高的重要原因。同时利用中科院安徽光机所研制的AML-3车 载激光雷达测量了臭氧在白天垂直高度上的分布,在500～1000 m高度上臭氧的平均含量变化与分析仪测量趋势比较一致。

在光电扫描系统中,热晕驻区会对激光大气传输能量产生严重的衰减,而热晕驻区出现的概率是由大气 风速风向联合概率决定的。由合肥地区2007年5月至2011年6月的对流层风廓线雷达1 h平均风场数据,根 据最小二乘法原理,分别拟合Frechet、Gumbel和Weibull概率分布,得到拟合参数及相关系数和剩余标准 差,从而比较得到最优分布模型;在上述方法拟合不出较好结果的情况下,由样本数据,根据圆形正态 概率分布的特点,计算出纬向风和经向风平均值和均方差,这样也可以得到风场概率随风速和风向的 关系,从而计算某一风场对应的概率。

研究了两种光闪烁法测量近地表风速的方法,给出横向风速的计算公式。根据计算方法,在330 m的距离上进行 风速反演实验,与超声风速计测量结果对比表明,两种反演方法都能准确可靠地获取区域横向风速,但在大气稳定 度过渡期,斜率法精度更高。测量平均时间越长,结果一致性越好。结果表明,在一个较大区域里,大口径 闪烁仪能同时给出显热和横向风速,可以很好地应用于边界层物质交换评价。

车载被动DOAS污染源排放测量技术近年来被广泛应用,但是烟羽高度风场数据的获取一直是个难题。开展 了不同大气稳定度条件下三种风场数据的对比分析,根据Pasquill-Turner稳定度分类法,用近地面不同来源 的风场实测数据考察了中尺度大气模式MM5的模拟风场数据的准确性。研究结果表明,当大气稳定度被判别 为弱不稳定(C类), MM5模式输出的风速数据与地面气象站实测的风速、风廓线雷达的风速数据变化趋势一 致,误差较小,但风向误差偏大,在大气稳定度判别为中性(D类)时, MM5模式输出的近地面(10 m, 150 m)风 速数据与地面气象站实测数据、风廓线雷达的观测数据的变化趋势一致(相关度>0.6),误差较小,盛行风向一 致。因此,提出在大气稳定度在中性级别时,用MM5模式为车载被动DOAS污染源监测提供风场条件,以弥补气 象实测条件受限等情况带来的数据不足。

作为一种重要的生物源挥发性有机物,柠檬烯的臭氧氧化是大气环境中二次有机气溶胶(SOA)的重要来源之一。基于实验 室烟雾箱模拟系统,研究了紫外光照对柠檬烯臭氧氧化形成SOA的影响。实验分别对无光照(即“暗反应”)和有光 照条件下反应前体物的消耗、SOA的质量浓度以及SOA的粒径分布随时间的变化等进行了实时探测,并结合气粒分配 模型对产率进行了分析。研究结果表明在相应的实验条件下,紫外光照会导致SOA产率下降10%～16%,而气相氧化 阶段相关中间产物或者最终产物的光化学反应可能是导致产率下降的重要原因之一。

针对高反射率地区地表反射率难以确定的难点,假设在不同年间同一天相同地物的两个不同波段的比值近 似相等的前提下,借助几何光学模型理论,应用MODIS历史产品和数据,即MODIS地表反射率产品(MOD09)、历 史MODIS图像第七波段的地表反射率和待反演地区的MODIS第七波段的地表反射率数据计算出待反演地区 的MODIS其他波段的地表反射率,然后结合利用6S辐射传输模式计算建立的查找表,可实现待反演区域的 气溶胶光学厚度的反演。以北京市区为例,应用该方法实现了北京市区的气溶胶光学厚度反演,并把 反演结果与AERONET观测站的结果进行了对比,对比发现该反演方法对亮区域有效,其误差在30%以内。

单光子计数器作为激光雷达的数据采集部件,目的是实现对PMT输出脉冲信号的计数,并把数据实时 上传给计算机。鉴于脉冲信号上升时间短、数据量大,本系统选用CPLD作为计数器和控制器,采用门 控双通道无缝计数方法,可实现50 ns的门宽分辨率。用一片32 K×16 bit的SRAM做缓存,可满足每50 ns的 时间分辨率最大65535次的计数。采用USB作为数据传输接口,可以很好地满足高速、实时的设计要求。

散射系数是气溶胶光学性质的重要参数之一。为了研究气溶胶光学性质,研制了一种用于测量散射系数的积分浊度仪。介绍 了该仪器的工作原理、系统结构设计,对该仪器中最为重要的光学测量腔室和光源给出了最优的设计方案。该仪器与前 向散射型能见度仪对比实验结果显示散射系数与能见度的相关系数为0.834,证明了本仪器的可靠性。本仪器光源稳 定,整体系统结构简单,成本低廉,有广阔的应用前景。

为了提高系统的自适应性、探测能力及测量精度,常常需要系统能根据待测光照强度自动实时 大范围地调节电荷耦合器件(CCD)光积分时间。在分析了TCD1304AP型线阵CCD的特性、工作过程与驱动 时序的基础上,设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)控制的CCD光积分时间大范围实时自适应调节系统。研究分析了光积 分时间计算算法,选用EP1C20F400C8 作为硬件载体,使用Verilog语言对算法及CCD驱 动时序进行了硬件描述；采用QuartusII软件对设计进行编译、综合,并用Modelsim进行了前后仿真; 用自然光与LED光源对整个设计进行了实际测试。测试结果表明系统光积分时间调节范 围在10 μs～10 s以上,最小调节时间精度为0.25 μs,完全可以满足光积分时间的 大范围实时自动无极调节。

非制冷红外焦平面阵列的工作波长一般为8～14 μm。通过添加特定波长的滤波片,可使非制冷红外焦平面 阵列获得该波长的辐出度,从而利用比色测温的方法完成对工业产品在工业中低温范围内的精确测量。介绍了非制冷红外焦平面阵 列比色测温的基本原理,详细讨论了在8～14 μm波长范围内选择最佳比色双波长组合的理论依据, 用MATLAB仿真计算确定了工业中低温范围最佳双波长组合的选择原则。最后模拟(8.8 μm, 10.6 μm)双 波长组合的T－R(T)图像,模拟结果满足测温精度要求。